《TCPIP基本原理》课件

TCP/IP基本原理TCP/IP协议是现代互联网的基础。它定义了网络之间数据传输的规则和标准。byTCP/IP协议简介TCP/IP是一种网络通信协议。TCP/IP定义了计算机如何通过网络连接并交换数据。TCP/IP协议广泛应用于互联网和许多其他网络。它使不同类型的设备能够相互通信。网络体系结构1应用层提供用户服务2传输层提供端到端连接3网络层提供逻辑地址4数据链路层提供物理地址5物理层物理连接网络体系结构由多层组成，每一层都提供特定的服务。网络体系结构遵循分层模型，将复杂的任务分解成更小的模块，简化网络设计和管理。物理层物理介质物理层使用物理介质来传输数据，包括双绞线、同轴电缆、光纤等。信号编码将数字信号转换为模拟信号，以便通过物理介质传输，例如曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。传输方式包括单工、半双工和全双工传输，用于控制数据在物理层上的传输方向。物理连接器不同的物理介质使用不同的连接器，例如RJ-45、BNC、SC等。数据链路层MAC地址MAC地址是物理地址，每个网卡都有唯一的MAC地址。MAC地址用于在同一局域网内识别设备。数据帧数据链路层将网络层的数据报封装成数据帧，包含MAC地址、数据、校验和等信息。数据帧在局域网中传输。访问控制数据链路层负责控制节点对网络的访问，避免冲突和乱序。常见的访问控制方法包括CSMA/CD、令牌环等。网络层路由选择网络层负责数据包的路由选择，根据源地址和目的地址，将数据包传递到正确的目标网络。数据报封装网络层将数据包封装成IP数据报，包含源地址、目的地址、数据类型、数据长度等信息。网络地址转换网络层可以进行网络地址转换（NAT），将私有IP地址转换为公有IP地址，实现私有网络与公有网络之间的通信。传输层11.提供端到端的数据传输服务负责在两个主机上的应用程序之间建立连接，并确保数据可靠、有序地传输。22.定义了数据报文格式传输层将数据报文封装为数据段，并添加端口号等信息，用于识别目标应用程序。33.提供流量控制和拥塞控制机制控制数据传输速度，避免网络拥塞，保证数据传输效率。44.支持两种主要协议TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议），分别提供面向连接和无连接的服务。应用层网络应用服务应用层为用户提供网络服务，例如网页浏览、电子邮件发送和文件传输。直接与用户交互应用层是网络协议栈中最靠近用户的一层，直接与用户进行交互。提供应用接口应用层为应用程序提供与网络进行通信的接口，例如Socket编程接口。IP地址IP地址是互联网协议地址的简称，用于识别网络中的每个设备，例如计算机、服务器或手机。IP地址就像每个人的身份证号码，使每个设备在互联网上具有唯一性，方便网络设备之间的通信。32位IP地址由32个二进制位组成，分为网络号和主机号两部分。4字节IP地址通常用点分十进制表示，例如。2^32地址理论上，IPv4地址可以支持2^32个设备，但实际使用受到限制。IPv4地址类型公网地址公网地址用于连接到互联网，每个地址都是唯一的，全球范围内的计算机都可以识别它们。私网地址私网地址用于局域网内部，它们是本地地址，无法在公共网络中访问。保留地址保留地址用于特殊目的，例如用于测试、演示或特定应用场景。IPv4地址分类A类地址网络号占8位，主机号占24位。A类地址范围为到55，第一个字节的最高位为0，可以分配给大型网络。B类地址网络号占16位，主机号占16位。B类地址范围为到55，第一个字节的最高两位为10，适合中等规模的网络。C类地址网络号占24位，主机号占8位。C类地址范围为到55，第一个字节的最高三位为110，适合小型网络或个人用户。D类地址D类地址范围为到55，用于组播，允许将数据发送到一组主机。子网划分增加网络安全性子网划分可以将网络划分为多个子网，每个子网都有自己的网关和路由器。这可以帮助限制网络访问权限并防止恶意攻击的传播。提高网络效率子网划分可以提高网络效率，因为它可以减少网络流量并提高网络性能。简化网络管理子网划分可以使网络管理更加容易，因为它可以帮助管理员更好地组织和管理网络设备和用户。优化网络资源子网划分可以帮助优化网络资源的使用，因为它可以确保网络资源能够有效地分配给不同的用户和设备。子网掩码子网掩码子网掩码用于区分网络地址和主机地址，它是一个32位的二进制数，用于标识网络和主机部分的范围。网络划分子网掩码允许将一个大的网络分成多个更小的子网，以提高网络效率和安全性。网络地址子网掩码中的“1”位表示网络部分，“0”位表示主机部分，通过掩码和IP地址的位运算，可以识别出网络地址和主机地址。ARP协议1地址解析协议ARP协议是一种网络层协议，用于将IP地址转换为物理地址（MAC地址）。2广播请求当主机需要发送数据包时，它会广播ARP请求，询问网络中的其他主机是否知道目标IP地址对应的MAC地址。3应答回复如果目标主机知道该IP地址对应的MAC地址，它会回复一个ARP应答，告诉请求方目标主机的MAC地址。4地址缓存主机将接收到的ARP信息保存在一个ARP缓存表中，以便在将来需要发送数据包时可以直接从缓存中读取目标主机的MAC地址。ICMP协议互联网控制报文协议ICMP是互联网协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息，通知各种错误和异常情况。ICMP消息包含在IP数据报中，通过IP层进行传输，通常与IP层紧密配合使用。ICMP协议功能错误报告网络探测路由信息ICMP协议在网络故障诊断、网络管理和网络安全中发挥着重要作用。UDP协议无连接协议UDP是一种无连接的协议，不需要建立连接就可以发送数据。数据报文UDP使用数据报文传输数据，每个数据报文包含源端口、目的端口、长度和校验和信息。实时应用UDP常用于实时应用，如视频流、语音通话和网络游戏，因为它可以快速传输数据。TCP协议可靠连接保证数据传输的可靠性，确保数据完整性。流量控制发送方根据接收方的处理能力进行数据传输速度调节。拥塞控制避免网络拥塞，通过控制数据传输速率，提高网络效率。面向连接在数据传输前，建立连接，数据传输完成后，释放连接。TCP连接建立和断开TCP连接建立和断开过程确保可靠的数据传输，采用三次握手和四次挥手机制。1连接建立三次握手2数据传输可靠数据传输3连接断开四次挥手三次握手保证双向通信能力，四次挥手确保数据完全传输，保证连接的正常建立和断开，防止资源浪费和数据丢失。TCP流量控制和拥塞控制流量控制发送方根据接收方的接收能力调整发送速率，避免接收方缓冲区溢出。滑动窗口TCP使用滑动窗口机制，允许发送方在未收到确认的情况下发送多个数据段。拥塞控制防止网络过载，通过各种机制调节网络数据流量，提高网络效率。慢启动连接建立时，TCP逐渐增加发送窗口大小，避免网络拥塞。DNS服务1域名解析DNS服务将域名转换为IP地址，方便用户访问网络资源。2域名注册用户可以通过域名注册商注册域名，并将其与自己的网站或服务器关联。3域名管理域名管理包括更新域名信息、设置DNS记录等。4网络安全DNS服务可以帮助防止网络攻击，例如DNS污染和DNS劫持。HTTP协议超文本传输协议HTTP是应用层协议，用于在Web浏览器和Web服务器之间传输数据。HTTP是无状态协议，每次请求都是独立的，服务器不存储任何关于客户端的信息。工作原理客户端发送请求，服务器响应请求。请求和响应都包含头部和主体。HTTP使用TCP作为传输层协议，确保数据可靠传输。FTP协议文件传输协议FTP（FileTransferProtocol）是一种文件传输协议，用于在网络中传输文件。客户端-服务器模式FTP使用客户端-服务器模式，客户端向服务器发送请求，服务器处理请求并返回响应。传输方式FTP支持两种传输方式：二进制模式和ASCII模式。安全问题FTP传输数据时不进行加密，存在安全风险。SMTP协议电子邮件传输SMTP协议是一种基于文本的协议，用于在电子邮件服务器之间传输电子邮件。安全邮件传输SMTP协议支持TLS/SSL协议，实现邮件传输过程中的加密，保障邮件内容安全。电子邮件系统基础SMTP协议是电子邮件系统中最重要的协议之一，用于发送和接收电子邮件。应用广泛SMTP协议广泛应用于各种电子邮件服务，例如Gmail、Outlook和YahooMail等。POP3和IMAP协议1POP3协议POP3（邮局协议版本3）是一种用于接收电子邮件的协议，它允许用户从邮件服务器下载邮件到本地客户端，并从服务器中删除邮件。2IMAP协议IMAP（互联网邮件访问协议）是一种用于访问电子邮件的协议，它允许用户在邮件服务器上存储和管理电子邮件，并在不同的设备上访问邮件。3比较POP3和IMAP协议的主要区别在于邮件存储位置和邮件管理方式。4应用POP3协议通常用于电子邮件客户端，例如Outlook和Thunderbird，而IMAP协议通常用于基于Web的电子邮件服务，例如Gmail和YahooMail。DHCP协议自动分配IP地址DHCP协议为网络中的设备提供自动配置，简化管理，提高效率。动态IP地址分配DHCP服务器动态分配IP地址，有效利用IP地址空间，减少管理工作量。网络设备配置信息DHCP服务器提供其他配置信息，如默认网关、DNS服务器地址，便于设备访问网络资源。NAT技术网络地址转换将私有网络地址转换为公有网络地址路由器NAT功能通常由路由器实现安全保护隐藏私有网络地址，增强网络安全性IPsec安全协议数据加密IPsec使用加密算法保护网络数据传输的机密性和完整性。身份验证IPsec提供身份验证机制，确保数据来源的真实性，防止数据被伪造或篡改。隧道模式IPsec可在网络层创建安全隧道，将数据封装在加密的IP数据报中，确保数据在网络传输过程中的安全。传输模式IPsec可在传输层保护单个应用程序数据，例如HTTP或FTP协议的数据传输安全。虚拟专用网VPN11.安全连接虚拟专用网络通过加密数据传输和身份验证，确保数据安全可靠地传输。22.远程访问用户可以安全地访问公司网络资源，例如文件服务器、电子邮件和应用程序，无论其身在何处。33.私人网络VPN创建一个安全的私有网络，允许用户在公共网络上安全地进行通信，例如公共Wi-Fi。44.跨地区访问VPN可以绕过地理限制，允许用户访问仅在特定地区可用的内容和服务。无线网络技术无线网络技术，也称为Wi-Fi，使用无线电波在设备之间传输数据。它使用IEEE802.11标准，允许设备通过无线电频率进行通信。无线网络提供了连接设备的便利性和灵活性，例如笔记本电脑、智能手机、平板电脑和智能家居设备。它在办公室、家庭和公共场所中广泛使用。物联网技术物联网技术将物理世界和数字世界紧密连